Het Oak Ridge National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie heeft exploitanten van waterkrachtcentrales voorzien van nieuwe gegevens om zich beter voor te bereiden op extreme weersomstandigheden en verschuivingen in de seizoensgebonden energiebehoefte als gevolg van klimaatverandering.

Voor het nieuwe rapport gebruikten ORNL-onderzoekers verkleinde wereldwijde klimaatprojecties om toekomstige hydrologische omstandigheden te simuleren bij 132 federale waterkrachtcentrales in de Verenigde Staten. De resulterende projecties zullen waterkrachtbeheerders en beleidsmakers in staat stellen om te plannen voor veranderende klimaatomstandigheden en verminderde waterbeschikbaarheid door hun operationele schema's en hun gebruik van water elk seizoen te verschuiven als onderdeel van een algemene mitigatiestrategie.

"De intensivering van toekomstige extreme gebeurtenissen, waaronder zowel overstromingen als droogtes, is een van de meest kritieke problemen die de veerkracht van Amerikaanse waterkrachtsystemen en -infrastructuur bedreigen", zegt Shih-Chieh Kao, programmamanager waterkracht bij ORNL. "Dit nieuwe normaal vereist dat we anders gaan denken over de huidige operationele praktijken om ons aan te passen aan een veranderend klimaat."

Naast extreme gebeurtenissen vormt een groeiend conflict tussen de beschikbaarheid van water en de vraag naar energie een andere uitdaging voor waterkrachtcentrales. Een eerder dan verwacht sneeuwsmeltseizoen in het westen van de Verenigde Staten zal waarschijnlijk gevolgen hebben voor de afvoer van water. Dit kan resulteren in minder water voor de opwekking van waterkracht in de zomermaanden, net als de vraag naar energie groeit. Verhoogde verdamping als gevolg van stijgende temperaturen legt ook een druk op het water dat nodig is voor overstromingsbeheer, navigatie, gemeentelijke watervoorziening en industrieel en landbouwgebruik.

Een beter begrip van deze veranderingen is belangrijk voor toekomstige energieplanning. Waterkracht levert 35% van de hernieuwbare energie en bijna 7% van alle geproduceerde elektriciteit in de VS

ORNL werkte samen met DOE's Water Power Technologies Office en andere federale instanties, voortbouwend op twee rondes van eerdere hydroklimaatbeoordelingen die de afgelopen 10 jaar zijn uitgevoerd. De studie richtte zich uitsluitend op federale waterkrachtcentrales, die ongeveer de helft van alle Amerikaanse waterkrachtcapaciteit uitmaken en een verscheidenheid aan niet-energiediensten aan de gemeenschap bieden. Op de markt gebracht door DOE Power Marketing Administrations, wordt de energie die in deze faciliteiten wordt geproduceerd, voornamelijk verkocht aan openbare elektriciteitsbedrijven en landelijke elektriciteitscoöperaties in 33 Amerikaanse staten.

Inzichten gebaseerd op gegevens

De studie was gebaseerd op regelmatig bijgewerkte wereldwijde klimaatprojecties van het Coupled Model Intercomparison Project, dat periodieke studies door het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering ondersteunt. Om klimaatsignalen voor elk stroomgebied zo goed mogelijk te verkleinen, moesten onderzoekers echter rekening houden met kenmerken die uniek zijn voor elke faciliteit en locatie.

Van 2010 tot 2013 verzamelden ORNL-onderzoekers een verscheidenheid aan gegevens over waargenomen en gesimuleerde klimaatgebeurtenissen, historische opwekking van waterkrachtcentrales en stroomgebieden en landoppervlakken die uniek zijn voor elke regio. Het onderzoeksteam gebruikte deze gegevens om een ​​beoordelingskader te ontwikkelen dat de beschikbaarheid van water voor de werking van waterkracht zou kunnen voorspellen door een verscheidenheid aan hydrologische omstandigheden te simuleren, waaronder jaarlijkse en seizoensgebonden luchttemperaturen, neerslag, afvloeiing van smeltende sneeuw of regen en niveaus van droogte.

Van 2014 tot 2017 richtte het team zich op de invloed van klimaatveranderingen op de opwekking van waterkracht van maand tot maand en van seizoen tot seizoen. Deze verbetering leverde belangrijke gegevens en projecties op die waterkrachtbeheerders in staat stelden de huidige operationele praktijken te evalueren met een focus op klimaatadaptatie.

In de meest recente iteratie, van 2018 tot 2022, ontwikkelde ORNL een multimodaal beoordelingskader om onzekerheid en variabiliteit in toekomstige waterkrachtprojecties over regio's beter te onthullen. Pacific Northwest National Laboratory en Texas A&M University hebben in deze fase van het project samengewerkt met ORNL.

Door gebruik te maken van een reeks numerieke modellen en statistische methoden, hebben onderzoekers de wereldwijde signalen van klimaatverandering gedownscaled naar toekomstige hydrologische en waterkrachtprojecties op elke stroomgebiedslocatie. Elke beoordeling omvatte simulaties van toekomstige stroomstroming, waterkrachtactiviteiten en verdamping van reservoirs. Op basis van deze simulaties schatten onderzoekers ook de toekomstige energievraag die wordt beïnvloed door veranderende klimaatomstandigheden.

Beschikbaarheid van water in evenwicht brengen met waterbeheer

Om de voordelen van waterkracht als hernieuwbare energiebron te behouden, is flexibiliteit de sleutel, en deze modellen bieden een routekaart per staat voor langetermijnplanning.

Om meer belanghebbenden op het gebied van waterkracht te voorzien van de tools en gegevens die ze nodig hebben om de gevolgen van klimaatverandering te plannen, breidt DOE zijn onderzoek uit naar niet-federale waterkrachtcentrales, waarvan de exploitanten mogelijk niet de middelen hebben om deze uitdagingen te bestuderen en aan te pakken.

"Het klimaatsysteem is complex", zei Kao, "maar we kunnen nu steeds nauwkeuriger voorspellende modellen gebruiken om mogelijke verschuivingen in klimaatextremen te begrijpen en te bepalen wat er kan worden gedaan om deze veranderingen te verminderen." + Verder verkennen

Waar vind je de feiten achter waterkracht